《流體輸配管網》課程線上線下混合模式教學改革的探索

劉鵬，毛瑞勇，周亞亞，于可，黃彥森，常娟娟，武寧波

（1. 貴州大學 土木工程學院，貴州 貴陽；2. 貴州財經大學 高等教育研究與評估中心，貴州 貴陽；3. 貴州聯建土木工程質量檢測監控中心有限公司，貴州 貴陽）

一 引言

《流體輸配管網》是一門專業基礎課程，它以流體力學的基本理論為基礎，涉及建筑環境與能源應用工程專業領域中各類流體輸配管網[1]。《流體輸配管網》是一門與工程實踐緊密聯系的課程，要求學生能夠利用理論知識解決實際工程問題，在本專業課程體系中起重要作用[2]。另外，《流體輸配管網》課程內容廣泛，不僅包括通風、供熱、給排水、燃氣等管網系統，還有泵與風機的原理與應用等內容，這對教師的專業知識儲備、工程實踐背景、講授技能提出了很高要求[3]。

對現代高等教育而言，傳統的“灌輸式”教學不能充分顧及學生的個性化學習需求，學生在學習中也無法提升對實際復雜工程問題的分析解決能力[4]；加之目前“新型冠狀病毒疫情”的影響，傳統模式的教學理念、教學方式、教學手段等正面臨嚴峻的挑戰[5]。另外，隨著教育部“教育信息化行動計劃”的逐步推進，“互聯網+”數字化教學工具與在線教學資源得到長足發展，從而促使線上線下混合式教學法日趨完善[6]。混合式教學法在一定程度上規避了線下教室的物理制約，是傳統課堂教學的重要補充，能夠增強師生溝通，提高教學與學習效率，同時也倒逼教師提升自身教學技能[7]。

“雨課堂”是目前流行的線上數字化教學工具[8]，內嵌于PPT課件，方便學生和教師使用。教師可以利用“雨課堂”完成課前、課中、課后的每個教學環節。“雨課堂”還能為教師采集和歸納學生的在線學習行為數據，輔助教師掌握學生的學習進度，從而為量化學生學習效果提供依據[9]。

本論文以貴州大學土木工程學院開設的《流體輸配管網》課程為例，將課程特點與專業需求相結合，基于“雨課堂”線上數字化教學工具，開展線上線下混合式教學，力求探索教學理念、教學方式、教學手段與現代信息技術的有效結合方法，設計符合線上線下混合教學過程和《流體輸配管網》課程特點的評價體系，以期為后續教育改革與互聯網的融合發展提供參考與借鑒。

二 線上線下混合式教學實施情況

（一） 教學內容與組織形式

《流體輸配管網》課程分為理論課程和實驗課程兩部分，其中理論課程共36學時，實驗課程共4學時。理論課程部分使用教材為建工出版社的《流體輸配管網（第四版）》，涵蓋教材的8章內容，重點涉及各類流體管網的水力特性、枝狀管網的水力計算、管網的動力設備與調節裝置三大部分。實驗課程包含兩個課程實驗，分別為：（1）空調風管的流速、流量、壓力測定實驗；（2）通風機性能實驗。

《流體輸配管網》的36學時理論課程采用線上線下混合式教學，其中線上環節10學時、線下環節26學時。在教學過程中，教學內容突出重點與難點，在保留傳統線下教學精華的前提下，結合線上數字化教學工具——雨課堂，將線下學習優勢和線上教學優勢結合起來，把握學科前沿，將理論知識與工程實踐緊密結合，提高學生綜合素質。同時，教師利用“雨課堂”采集和歸納學生在線學習行為數據，從而掌握學生的學習進度和學習效果。

（二） 教學方法與手段

1. 線下授課環節

本次教改線下授課環節的重點任務在于講授課程內重點知識點，結合實際工程案例，使學生構筑完整的《流體輸配管網》知識體系。教師利用PPT教學課件授課，與教材內容互為補充，把教材與規范、圖集、工程圖紙等不同教學資料組成一個有機整體，通過計算機使教材中原本抽象的理論、靜態的圖片變得豐富多彩起來。

《流體輸配管網》課程與工程實踐聯系緊密，教材中有大量的工程計算案例，筆者作為授課教師，在線下授課時將課本理論知識與標準規范結合在一起，讓學生能把教材中的流體管網計算案例準確用于解決工程實際問題。例如，在講授液體輸配管網水力特性時，以實際工程中的熱水采暖水系統圖為基礎，介紹液體管網與氣體管網的根本區別，重點講解閉式液體管網水力特性以及水力計算的方法與步驟；然后，利用線下授課面對面交流的優勢，指導學生結合自身所學知識設計出合理的冬季采暖循環熱水管網系統，讓學生能夠學以致用，使其將知識轉化成能力。通過各種流體管網具體案例的學習，學生能夠逐漸掌握假定流速法、壓損平均法、靜壓復得法等管網水力計算方法和步驟，從而形成對流體輸配系統的整體認知，加深對課程知識體系的理解。

2. 線上授課環節

本次教改線上授課環節的重點任務在于解決學生作業中遇到的問題、回答學生自學知識點時的疑問。線上授課環節采用雨課堂，把以往傳統模式下的“溫故知新”環節轉移到網絡中，使得學生能夠多途徑聯系授課教師，其學習熱情和參與度有效提高；同時也縮短教師和學生在教學活動中的距離，增強了教與學雙方的互動。另外，教師在課后可由雨課堂服務器下載詳細的課堂情況報告，針對學生提問內容再次講解或補充教學公告；學生通過手機客戶端即可反復觀看或閱讀；這種反饋機制可以將線上、線下的“預習、授課、作業”全過程教學有機聯系起來，實現課程的全周期把控和數據量化。

以《流體輸配管網》課程的泵與風機部分舉例，此部分內容相對獨立，對學生而言是全新的內容，且涉及的概念多、計算公式多，大部分同學學習起來較為困難，無法在線下課程中完全掌握課程內容。因此，教師提前發布線上資源——湖南大學龔光彩教授開設的《流體輸配管網》公開課程，讓學生通過線上平臺先進行預習加自學，提前了解流體管網動力設備的運行原理、結構特征、性能參數和基本方程（歐拉方程）。其次教師在線下課程中展示離心式泵與風機的葉輪、電機等實體模型，讓學生產生有關泵與風機的直觀認知，強化有關泵與風機能量損失及其效率的概念、公式等內容。然后在線上授課環節中，教師針對學生課后習題完成情況，著重講解易混淆知識點，例如，泵與風機的理論性能曲線與實際性能曲線、有效功率與軸功率等；同時布置線上基礎練習題和進階練習題，其中基礎練習以客觀題為主，要求學生讀題后馬上作答，而進階練習以主觀題為主，需要學生思考并結合線下課程知識點發布課堂彈幕、匿名反饋，教師通過課堂情況數據報告，全面了解學生對重難點知識的掌握情況。這種線上線下混合教學模式，強化了教師的引導作用，突顯了學生在教學中的中心作用。

3. 實驗課程環節

《流體輸配管網》的實驗教學環節，由專業實驗教師在貴州大學土木工程學院的實驗中心授課。實驗課程包含兩個課程實驗，分別為：（1）空調風管的流速、流量、壓力測定實驗；（2）通風機性能實驗。實驗課程教學參考科學出版社《建筑環境與能源應用工程實驗技術》（楊春英主編）的相關內容，實驗設備選自“哈爾濱努謝爾特教學實驗設備有限公司”的實驗平臺。

4.考核方式

《流體輸配管網》教改課程，采用線上線下混合教學模式，特別注重學生線上線下學習的過程考核。線上過程考核內容主要包括：雨課堂在線課程學習效果、線上資源自學完成度；線下過程考核內容主要包括：課堂參與度、出勤率、課后作業成績、課程實驗成績。除線上線下過程考核之外，課程總成績還包括期末考試成績，課程期末考試采取閉卷考試，主要考查學生對基礎知識的掌握情況以及綜合應用能力。流體輸配管網課程總成績為100分，各項考核指標的權重如下表所示。

表1 考核指標權重分配表

三 線上線下混合式教學效果

《流體輸配管網》課程的內容廣泛，且與工程實踐聯系緊密，本次課程改革采用了線上線下混合教學模式，在一定程度上規避了線下教室的物理制約，是傳統課堂教學的重要補充。相比于單純線下課堂教學，《流體輸配管網》課程采用線上線下混合教學模式的特色與效果如下：

（一） 實現高效課程管理

線上課程采用雨課堂提供的二維碼考勤方式進行課堂出勤率統計，極大簡化學生的課堂出勤管理。學生通過二維碼或直播鏈接進入課堂，自動完成出勤登記。針對學生個體，課堂大數據可給出詳細的學習活動數據，包含了彈幕提問情況、難懂PPT標記情況等。教師在課后可由雨課堂服務器下載詳細的課堂情況報告，針對學生提問內容再次講解或補充教學公告；學生通過手機客戶端即可觀看或閱讀。此外，教師也可實時查詢到每個人的觀看或閱讀情況。

（二） 實現多樣化的教學互動

長江雨課堂的直播功能，可以讓教師在線講授PPT的時候向學生推送實時問題。這種實時問答環節本質上是一種課堂實時互動方法，使教師了解學生對重難點知識的掌握程度。教師在準備PPT時，根據教學進度和重難點知識插入若干選擇題或者主觀題。在線直播時將測試題直接推送至學生觀看界面，要求在限定時間內作答。教師可實時獲取學生答題情況，并及時對重難點知識進行再次說明和強調。

筆者在線上教學中發現，長江雨課堂直播時的實時彈幕功能，十分迎合當代大學生的喜好，他們樂于使用這種方式發表自己的想法，并在一定程度上鼓勵了那些不善開口的學生加入課堂討論。

（三） 在線學習不受課堂時限

傳統的線下授課一般不具備再現性，教師的授課PPT信息量大且因為版權問題也不能直接提供給學生，這不利于學生對重難點知識的反復思考與學習。線上線下混合教學模式，把部分重難點知識通過線上網絡進行講解，學生通過手機客戶端即可反復觀看教學視頻和閱讀授課PPT，把學習時間化整為零，方便學生自學，提高學習效率。另外，學生還可以通過網絡教學平臺將不懂知識點反饋給教師，從而將線上、線下的“預習、授課、作業”全過程教學有機聯系起來。

（四） 具有教學全周期把控和數據量化特性

教師提前把PPT課件和在線開放課程發布到網絡教學平臺，學生需要在上課前完成相應的預習和自習任務，并將遇到的問題發布在教學平臺，老師則在上課前就能查看學生線上預習和自習任務完成情況；上課時，教師有針對性地講解重難點問題；課后，教師可在網絡平臺隨時訪問學生學習的所有行為數據，從而把控“課前、課中、課后”全周期教學情況。另外，教師可根據每個學生的學習量化數據，客觀、全面地評價每個學生的學習效果。

四 結語

《流體輸配管網》課程與工程實踐聯系緊密，在本專業課程體系中起重要作用。針對該課程內容多、難度大等問題，本文將線下多媒體授課與線上雨課堂授課相結合；線下授課在理論知識的基礎上，讓學生多接觸流體管網實際工程案例，形成對流體輸配系統的整體認知，加深對課程知識體系的理解；線上授課則重點解決作業問題、回答自學疑問。通過這種線上線下混合教學模式，提升了學生的課堂參與度，突出了學生在教學時的中心作用，同時教師通過平臺數據報告，充分把控“課前、課中、課后”全周期教學情況，并根據量化數據客觀、全面的評價每個學生的學習效果。在今后的《流體輸配管網》課程教學中，要不斷汲取各種教學理念、教學方式的優勢，強調運用理論知識解決實際問題的能力，突出學生在教學中的中心作用，為國家培養高素質專業人才。